Створено новий композит для термоядерних реакторів.

«Університет МІСІС – визнаний лідер у галузі матеріалознавства в Росії, займає місце в топ-100 найкращих університетів світу за напрямом Materials Science провідного міжнародного рейтингу QS. Наші науковці займаються розробками, які знаходять застосування в різних галузях промисловості, включаючи наукоємні. Колектив дослідників на чолі з молодим ученим, PhD Станіславом Чернишиним, розробив новий композиційний матеріал для використання в термоядерних реакторах вітчизняного виробництва», — розповіла Алевтина Чернікова, ректор Університету МІСІС.

Вольфрам вважається одним з основних матеріалів для компонентів, що піддаються впливу плазми, завдяки високій температурі плавлення та пороговій енергії для фізичного розпилення, а також низькому утриманню ізотопів водню. Однак його складно механічно обробляти через високу твердість і крихкість. Для виготовлення виробів з вольфраму зазвичай застосовують методи порошкової металургії, але класичні технології не дозволяють створювати складнопрофільні вироби.

Отже, традиційний дизайн КОП являє собою просту багатошарову конструкцію. Альтернативою класичним технологіям є адитивне виробництво, яке дозволяє послойно синтезувати виріб, включаючи пористі структури. Властивості таких виробів можуть бути адаптовані для конкретних завдань шляхом варіювання характеристик геометричної структури.

«Дослідження та розробка нових методів для виготовлення деталей з вольфраму мають високу практичну значущість. Технологія селективного лазерного плавлення (СЛП) є одним з найпопулярніших і застосовуваних методів адитивного виробництва металевих виробів через можливість синтезу деталей складної форми з високою роздільною здатністю. Варто зазначити, що виготовлення виробів з вольфраму за допомогою методу СЛП є складним завданням через високу температуру плавлення, утворення дефектів несмолення, мікротріщин і перегріву різних вузлів в установках», — зазначив Станіслав Чернишинин, PhD, завідувач лабораторією Університету МІСІС.

Вивчивши умови лазерного синтезу вольфраму, колектив НІТУ МІСІС зміг досягти відносної щільності суцільних зразків у 96,7 відсотка. Спочатку для створення биметалевого матеріалу були виготовлені скелетні структури гіроїда вольфраму, схожі на вигнуту сітку або хвилю. Потім у матрицю металу була інфільтрована мідь при температурах до 1350°C з in situ моніторингом процесу. Вивчення змочування та кінетики просочування вольфрамових матриць дозволило встановити оптимальні умови інфільтрації.

Механічні випробування показали, що композит виявився набагато пластичнішим за чистий вольфрам — він витримував деформацію до 35 відсотків без руйнування. Також науковці університету спільно з АО «НІІЕФА» провели вимірювання теплопровідності в широкому діапазоні температур (до 800°С). Було встановлено, що зі зменшенням розміру елементарної комірки структури спостерігається невелике зниження теплопровідності, але при цьому зростають міцнісні характеристики.

«В подальшому ми плануємо перейти до виробництва макетів КОП та теплонавантажених циклічних випробувань. Під час випробувань будуть моделюватися впливи, наближені до реальних експлуатаційних умов у термоядерних установках», — додав Станіслав Чернишинин.

Докладні результати опубліковані в International Journal of Refractory Metals and Hard Materials (Q1).